薄膜晶体管液晶铜膜蚀刻

小英说半导体

引言

由于在室温下的低电阻率和低材料成本，铜(Cu)被积极地考虑作为高质量和大面积TFT-LCD的金属电极的候选。事实上，开发具有低电阻率的金属电极工艺是下一代高质量和大面积TFT-LCD的核心技术。这是因为对于更高的孔径比，电极长度的增加和电极宽度的减小增加了电路的电阻和电容，并导致TFT- LCD装置的闪烁和串扰现象。

对于铜干法蚀刻在大面积TFT-LCD制造中的应用，ECR等离子体系统由于可扩展性的问题而不能使用。然而，对于一些高密度等离子体源，例如电感耦合等离子体(ICP),可以应用于TFT-LCD基板的大面积源正在开发中，并且这些源可以应用于TFT-LCD的Cu干法蚀刻处理。

因此，在本研究中，英思特使用电感耦合等离子体(ICP)作为可缩放的高密度等离子体源之一，并使用较小的ICP源研究其铜干法蚀刻特性，作为紫外线强度、源和偏压功率以及Cl2/Ar比的函数，研究其在大面积TFT-LCD加工中的可能应用。

实验与讨论

在该实验中，我们使用在13.56MHz RF功率下操作的平面电感耦合等离子体(ICP)源，并且高达650 W的RF功率被施加到该源。ICP源由12cm直径和3.5螺旋圈数的水冷铜线圈组成，1.5cm厚的石英板用于将感应功率传递给等离子体并将真空室与ICP源分开。在石英板的顶部，放置峰值波长为365nm和10mW/cm2的UV灯，以研究UV辐射的影响。

图1显示了UV和ICP源功率对铜蚀刻速率的影响，其中源功率的范围为200-400w，UV强度为0-10mw/cm2。没有施加偏压，在7毫托的操作压力下，Cl2/Ar比为0.5。衬底温度保持在室温。如图所示，当不施加紫外线时，通过形成非挥发性蚀刻产物如氯化铜，观察到Cu膜的膨胀。

随着UV强度的增加，在相同的ICP功率下溶胀减少，并且在高于300 W的ICP源功率的情况下，在高于3mW/cm2的UV强度下观察到Cu膜的蚀刻而不是溶胀。

图1：紫外线照射和ICP源功率对铜蚀刻速率的影响

图2显示了600W感应功率和75W偏置功率下Cl2/Ar比率对铜蚀刻速率的影响。不施加紫外线，操作压力保持在7毫托。如图所示，当Cl2/Ar比高于0.5时，发生膨胀而不是蚀刻，这可能是由于氯化铜的形成比它们的去除更快。

因此，为了蚀刻铜膜，需要适当的工艺参数组合。我们以0.5的Cl2/Ar比蚀刻300nm厚的铜膜1分钟后，研究蚀刻的Cu表面的粗糙度，结果示于图3中。

图2：在600 W感应功率和75 W偏置功率下，Cl2/Ar比值对铜蚀刻速率的影响

图3：AFM测定的蚀刻Cu的表面粗糙度

由于在该条件下的蚀刻速率约为300纳米/分钟，所以玻璃基板上的铜膜仅被蚀刻，并且可能残留一些铜残留物玻璃表面由于沉积和蚀刻的不均匀性。然而，如图所示，玻璃表面的RMS表面粗糙度为约0.5nm，并且当在相同的蚀刻条件下对400nm厚的铜膜去除300nm后测量Cu膜的表面时，可以获得类似的结果。

因此，在不施加UV的情况下，在具有偏压功率的铜蚀刻之后，可以获得平滑的铜蚀刻表面或平滑的玻璃表面。

结论

在本研究中，英思特用高于300W的感应功率和高于3mW/cm2的365nm紫外光可以成功刻蚀铜薄膜。365nm UV对Cu膜的照射似乎去除了在暴露于高密度Cl2/Ar等离子体期间表面上形成的氯化铜。

即使在暴露于Cl2/Ar等离子体期间，我们可以通过施加UV来蚀刻Cu膜，但是在TFT-LCD加工所需的大面积上获得均匀的UV强度是不同的。幸运的是，我们通过在电感耦合等离子体之外施加偏压功率，可以成功地刻蚀铜膜，并且在本实验中，在没有UV的情况下，在600W的电感功率、75W的偏压功率、7毫托的操作压力和0.5的Cl2/Ar气体比下，可以获得接近300nm/min的刻蚀速率。在这种情况下，即使侧壁蚀刻轮廓有点粗糙，我们也可以获得TFT-LCD加工所需的倾斜Cu蚀刻轮廓，而不会在蚀刻的玻璃表面上留下任何残留物。

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